超臨界水氧化法的應用
1 處理含硫廢水
石油煉制、石油化工、煉焦、染料、印染、制革、造紙等工廠均產生含硫廢水,對環境造成了嚴重的污染。對于不同來源的含硫廢水需用不同的處理方法,現有的處理方法有氣提法、液相催化氧化法、多相催化氧化法、燃燒法等,但均有其適用局限性,某些方法的處理效率不高,燃燒法等還可能因生成SO2、SO3造成二次污染。另外,許多含硫廢水成分復雜,除S-2外,還含有酚、氰、氨等其他污染物,需要分別處理,流程復雜。而超臨界水氧化法由于其具有反應快速,處理效率高和過程封閉性好,處理復雜體系更具優勢等優點,在含硫廢水的處理中得到了應用,且取得了較好的效果。
向波濤等人利用超臨界水氧化法處理含硫廢水,試驗結果為:在溫度為723.2K,壓力為26Mpa,氧硫比為3.47,反應時間17s的條件下,S2-可被完全氧化為SO42-而除去。
2 多氯聯苯等有機物超臨界水氧化
Modell等用連續流系統研究了一種有機碳含量在27000~33000mg/L之間的有機廢水的超臨界水氧化。廢水中含有1,1,1-三氯乙烷、六氯環已烷、甲基乙基酮、苯、鄰二甲苯、2,2‘-二硝基甲苯、DDT、PCB1234、PCB1254等有毒有害污染物。結果發現在溫度高于550℃時,有機碳的破壞率超過99.97%,并且所有有機物都轉化成二氧化碳和無機物。
Swallow等在600~630℃、25.6Mpa的條件下,用一個連續流反應器研究氯代二苯并-P-二英及其前驅物的超臨界水氧化,廢水中含有0.4~3mg/L的四氯代二苯并-P-二英(TCDBD)和八氯代二苯并-P-二英(OCDBD)以及1~50mg/L的幾種可能的前驅分子(如氯代苯、酚和苯甲醚),結果99.9%的OCDBD、TCDBD被破壞。表2-10總結了酚以外的有機物的超臨界水氧化處理結果。
表 4部分有機物的超臨界水氧化
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①四氯二苯并呋喃; ②2,3,7,8-四氯二苯并-P-二惡英;
③八氯二苯并呋喃; ④八氯二苯并-P-二惡英。
3 降解聚苯乙烯泡沫
聚苯乙烯泡沫(PS)具有質輕、無毒、隔熱、減震等優點,故得到廣泛應用,但PS泡沫用過即扔,成為垃圾,且不易被微生物分解,日積月累,以至對環境造成危害,即通常所說的"白色污染"。迄今為止,處理和回收廢棄PS泡沫的主要方法有:①掩埋;②焚燒,利用其熱能;③擠出造粒;④熱分解為氣體和液體;⑤溶劑溶解,制成涂料或膠粘劑。
掩埋法需要占用土地;焚燒法會產生大量黑煙和一些有毒氣體;其他幾種方法已取得了一定的效果,但在處理之前都必須對PS泡沫進行分揀和清洗,工作量較大。另外,熱分解法需要高溫,會發生炭化,堵塞管道。
利用超臨界水氧化法,可分解或降解高分子廢物,得到氣體、液體和固體產物。氣體和液體可用作燃料或化工原料,粘稠糊狀產物可用作防水涂料或膠粘劑,剩下的殘渣部分可用作鋪路或其他建筑材料。反應在密閉系統中進行,產物和能量都易于收集,水循環使用,不排污,可徹底實現生活垃圾的無害化和資源化。
陳克宇等人的研究結果表明,在溫度為400℃,壓力為34Mpa條件下,反應30 min后,泡沫的分子量可降低98%左右。
4 污泥的超臨界水氧化
Shanableh等研究了廢水處理廠的污泥在接近超臨界和超臨界條件下(300~400℃)的破壞情況。該廠污泥總固體含量(TS)為5%,液固兩相總的CODcr為46500mg/L。污泥先被勻漿,然后用高壓泵輸送到超臨界水氧化系統。在300~400℃時,CODcr去除率隨反應時間顯著增大,在20min內,去除率從300℃下的84%增大到425℃下的99.8%。在溫度達到超臨界水氧化條件時,有機物被完全破壞,不僅最初的COD貢獻物,而且中間轉化產物(如揮發性酸等)也完全被破壞,取得了令人滿意的結果。

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